Физикам удалось заглянуть в ящик Шредингера

До сегодняшнего дня для измерения квантовой системы с 27 состояниями требовались многочисленные эксперименты, отнимающие огромное количество времени. Техника восстановления многомерного состояния называется квантовой томографией, аналогично процессу, широко применяемому в медицине, когда из двумерных картинок создается 3D-изображение.

Специалистам из университета Рочестера удалось разработать альтернативный метод прямого измерения квантового состояния, для которого требуется лишь один единственный эксперимент без последующей обработки результатов.

Работа ученых представляет огромный интерес, поскольку эффективный метод определения квантового состояния может найти широкое применение при создании новых систем передачи информации с высокой степенью безопасности, а также для понимания фундаментальных законов квантовой физики.

Техника прямого измерения была впервые открыта в 2011 году учеными из Национального научно-исследовательского совета Канады, которые использовали ее для определения местоположения и момента фотонов. В прошлом году исследовательская группа из Оттавы показала, что новая методика может быть использована для измерения состояний поляризации света. В представленной на прошлой неделе работе ученые, наконец, применили эту разработку к дискретной многомерной системе.

Идея методики состоит в следующем: проводится не одно, а два измерения квантовой системы подряд: сначала «слабое», а затем «сильное». Каждое измерение согласно принципу неопределенности Гейзенберга разрушает квантовое состояние, приводя к коллапсу волновой функции. Однако первое измерение настолько «слабо», что привносит с собой лишь слабые помехи, не разрушающие систему.

«Это все равно, что тайком заглянуть в ящик Шредингера, ? улыбается доктор Мехул Малик из исследовательской группы профессора Бойда. ? «Первое измерение фактически неудачное, поскольку не дает точно определить, жива ли кошка или подохла. Но какую-то информацию о здоровье животного мы все же получаем, и если повторить измерение несколько раз, можно с большой долей вероятности сказать о состоянии кошки Шредингера».

По утверждению Малика, «слабое» измерение не разрушает квантовое состояние, позволяя определить в последующем, «сильном» измерении, уже другой параметр системы.  

Затем последовательность таких измерений повторяется для одинаково приготовленных квантовых систем до тех пор, пока не удастся определить волновую функцию с необходимой степенью точности.

Статья, посвященная новой разработке исследователей, опубликована в журнале Nature Communications.